ASBR厌氧氨氧化反应器的工艺特性及运行调控策略研究

针对传统硝化反硝化生物脱氮技术存在的诸多问题，厌氧氨氧化工艺作为一种新型生物脱氮技术有极大的发展空间。课题根据目前厌氧氨氧化技术的研究及应用现状，提出了采用新型ASBR反应器实现厌氧氨氧化的设想。主要研究ANAMMOX菌群生长条件和繁殖规律，及实现其富集培养的运行参数；并运用现代分子生物学手段对污泥中优势ANAMMOX菌种的分离鉴定，并将在ANAMMOX菌形态特征、菌群生态分布等方面的研究有所突破。设计出新型高效的ASBR反应器，实现厌氧氨氧化的成功启动和稳定运行，并确定ASBR反应器高效稳定运行的各工艺参数。建立厌氧氨氧化工艺在废水处理过程中的动力学模型，确定ANAMMOX菌的生长动力学参数。 设计一套ASBR反应器能面向ANAMMOX菌群优化的控制系统，通过菌群变化的微观信息反馈调节工艺参数，实现反应器的优化运行。本研究将有助于厌氧氨氧化技术的工程实践，为新型脱氮技术奠定基础。

本课题完成了项目申请书中的研究内容，主要分为以下几个方面：（1）ASBR反应器启动与ANAMMOX菌群的驯化培养研究。采用ASBR反应器在城市污水条件下接种好氧硝化污泥，成功启动了厌氧氨氧化反应。通过对不同污泥污泥源菌种的驯化培养参数（温度、pH、进水COD、NH4+-N、NO2--N浓度等）的分析，探索ANAMMOX菌群的最佳生长代谢条件及生长繁殖规律，可为ANAMMOX菌的培养及富集提供重要理论依据。（2）ASBR反应器运行参数及工艺特性的研究。研究表明：ΔpH与进水流量Q的乘积(ΔpH.Q)同氨氮去除负荷之间存在良好的线性关系, pH值可以用作反应器运行状况的指示性参数。稳定阶段周期内的ORP与pH值具有良好线性关系，ORP可以表述氨氮去除速率的变化趋势，根据ORP曲线的“转折点”得到了ANAMMOX反应脱氮延迟时间。可为实现厌氧氨氧化过程控制提供重要的理论依据。（3）ANAMMOX菌群的分子生物学鉴定及分析。采用接种好氧硝化污泥、混合污泥两种不同污泥源，成功驯化后得到两种厌氧氨氧化菌的部分16SrDNA序列。采用PCR扩增、克隆、测序等分子生物学手段进行分析，结果表明：两套反应器中的厌氧氨氧化菌特性存在差异，接种污泥源为好氧硝化污泥的反应器中存在的厌氧氨样化菌种（JQ303100)与Candidatus Kuenenia Stuttgartiensis同源性达99％，接种混合污泥的反应器中存在的厌氧氨氧化菌种（JQ303101）与Candidatus Anammoxoglobus同源性达93％，与最初接种的厌氧氨氧化污泥中的厌氧氨氧化菌相同。可为实现ANAMMOX菌群优化、稳定富集提供微生物学方面的有力支持。（4）厌氧氨氧化过程的动力学参数确定及模型建立。运用Haldane模型和Aiba模型建立了出水FA浓度与总氮去除负荷(TNRR)以及出水NO2--N浓度与总氮去除负荷(TN RR)之间的关系，结果表明：Haldane模型更适合用来描述基质抑制动力学特性,模型可以预测出水FA和出水NO2--N抑制浓度。动力学参数确定及模型建立有助于ASBR反应器的优化设计和过程控制。本研究将有助于厌氧氨氧化技术的工程实践，可为ASBR厌氧氨氧化脱氮技术提供有力的技术支持。